Valovna elektrarna: princip delovanja

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Vode oceanov skrivajo nešteto bogastva, od katerih so morda glavni neomejeni viri energije v obliki morskih valov. O uporabi kinetične energije jaškov, ki se kotalijo po kopnem, so prvič razmišljali v 18. stoletju v Parizu, kjer je bil predstavljen prvi patent za mlin z valovi. Zdaj je tehnologija stopila daleč naprej in s skupnimi prizadevanji znanstvenikov je nastala prva komercialna valovna elektrarna, ki je začela delovati leta 2008.

Zakaj je koristno?

Ni skrivnost, da so naravni viri na robu izčrpanja. Zaloge premoga, nafte in plina - glavnih energentov - se iztekajo. Po najbolj optimističnih napovedih znanstvenikov bodo rezerve dovolj za 150-300 let življenja. Tudi jedrska energija ni izpolnila pričakovanj. Visoka moč in produktivnost poplačata stroške gradnje, obratovanja, vendar jih bodo težave z odlaganjem odpadkov in okoljske škode kmalu prisilile, da jih opustimo. Zaradi teh razlogov znanstveniki iščejo nove alternativne vire energije. Zdaj žeobratujejo vetrne in sončne elektrarne. Toda kljub vsem svojim prednostim imajo pomembno pomanjkljivost - nizko učinkovitost. Ne bo mogoče zadovoljiti potreb celotne populacije. Zato so potrebne nove rešitve.

Za proizvodnjo električne energije valovna elektrarna uporablja kinetično energijo valov. Po najbolj konzervativnih ocenah je ta potencial ocenjen na 2 milijona MW, kar je primerljivo s 1000 jedrskimi elektrarnami, ki delujejo s polno zmogljivostjo, in približno 75 kW / m3 na meter valovne fronte. Popolnoma nobenih škodljivih učinkov na okolje.

Splošna shema dela

Valovne elektrarne so plavajoče strukture, ki so sposobne pretvoriti mehansko energijo gibanja valov v električno energijo in jo oddati potrošniku. Hkrati skušajo uporabiti dva vira:

1. Kinetične rezerve. Pomorske jaške prehajajo skozi cev velikega premera in vrtijo rezila, ki prenašajo silo na električni generator. Uporablja se tudi pnevmatski princip - voda, ki prodre v posebno komoro, od tam izpodriva kisik, ki se po sistemu kanalov preusmeri in vrti lopatice turbine.
2. Kotalna energija. V tem primeru valovna elektrarna deluje kot plovec. Če se premika v prostoru skupaj s profilom vala, se turbina vrti skozi zapleten sistem vzvodov.

Različne države uporabljajo lastno tehnologijo za pretvorbo mehanskega gibanja valov v električno energijo, vendar splošnoimajo enako shemo delovanja.

Slabosti valovnih elektrarn

Glavna ovira za široko uvedbo valovnih elektrarn je njihova cena. Zaradi zahtevne zasnove in kompleksne namestitve na gladini morske vode so stroški zagona takšnih naprav višji kot pri gradnji jedrske elektrarne ali termoelektrarne.

Poleg tega obstajajo številne druge pomanjkljivosti, ki so povezane predvsem s pojavom socialno-ekonomskih problemov. Stvar je v tem, da velike plavajoče postaje ustvarjajo nevarnost in ovirajo plovbo in ribolov - elektrarna s plavajočimi valovi lahko človeka preprosto prisili iz ribolovnih območij. Možne so tudi posledice za okolje. Uporaba inštalacij občutno ugasne morske valove, jih zmanjša in prepreči, da bi se razbili na kopno. Medtem imajo valovi pomembno vlogo v procesu izmenjave plinov v oceanu in očistijo njegovo površino. Vse to lahko vodi v premik v ekološkem ravnovesju.

Pozitivni vidiki valovnih elektrarn

Poleg slabosti ima valovna elektrarna tudi številne prednosti, ki pozitivno vplivajo na človekove dejavnosti:

• inštalacije lahko zaradi dejstva, da gasijo valovno energijo, zaščitijo obalne strukture (pomole, pristanišča) pred uničenjem s silo oceana;
• Električna energija se proizvaja z minimalnimi stroški;
• moč visokih valov naredi vetrne elektrarne bolj ekonomsko izvedljive kot vetrne ali sončne elektrarne.

Energijske rezerve imajo tudi kopenske vode, predvsem reke. Izgradnja postaj na mostovih, križiščih, pomolih je obet za razvoj tega področja proizvodnje električne energije.

Težave, ki jih je treba rešiti

Glavna naloga, s katero se sooča znanstvena skupnost, je izboljšati zasnovo, kar bo zmanjšalo stroške električne energije, ki jo proizvajajo valovne elektrarne. Načelo delovanja naj ostane enako, vendar bodo za izdelavo instalacij uporabljene nove tehnologije in materiali.

Povprečna moč valovanja je 75-85 kW/m - to je razpon, na katerega je naravnana večina postaj. Vendar pa se med neurjem moč morskih valov večkrat poveča in obstaja nevarnost uničenja inštalacij. Po neurju je bilo že več kot eno rezilo zmečkano ali upognjeno. Da bi rešili ta problem, znanstveniki umetno zmanjšajo specifično moč valov. Ena od težav je, da bo množična uporaba valovnih postaj povzročila podnebne spremembe. Proizvodnja električne energije se izvaja zaradi vrtenja Zemlje (tako nastanejo valovi). Široka uporaba postaj bo povzročila, da se bo planet počasneje vrtel. Človek ne bo občutil razlike, vendar bo to uničilo številne tokove, ki igrajo pomembno vlogo pri izmenjavi toplote Zemlje.

Prva eksperimentalna WPP na svetu

Prva valovna elektrarna se je pojavila leta 1985 na Norveškem. Njena moč je bila 500 kW in ona samaje bil prototip. Njegov princip delovanja temelji na cikličnem stiskanju in širitvi medija:

• jeklenka z odprtim dnom je potopljena v vodo, tako da je njen rob pod votlino vala - njegovo najnižjo točko;
• občasno tekoča voda stisne zrak v notranji votlini;
• ko je dosežen določen tlak, se odpre ventil, ki omogoča pretok stisnjenega kisika v turbino.

Ta elektrarna je proizvedla 500 kW energije, kar je bilo dovolj za potrditev učinkovitosti inštalacij, ki so prispevale k njihovemu razvoju.

Prva industrijska elektrarna na svetu

Prva industrijska naprava na svetu je Oceanlinx na morju Port Kemble v Avstraliji. Zagnali so jo leta 2005, nato pa poslali v rekonstrukcijo in ponovno začeli delovati leta 2009, zato se v regiji danes uporabljajo tako plimske kot valovne elektrarne. Njegov princip delovanja je naslednji:

1. Valovi občasno tečejo v posebne komore, zaradi česar se zrak stisne.
2. Ko je dosežen kritični tlak, stisnjen zrak vrti električni generator skozi mrežo kanalov.
3. Da bi ujeli gibanje in silo valov, lopatice turbine spremenijo svoj kot naklona.

Zmogljivost naprave je bila približno 450 kW, čeprav je vsak del postaje sposoben oddajati od 100 kWh do 1,5 MWh električne energije.

Prva komercialna vetrna elektrarna na svetu

Prva komercialna valovna elektrarnaImenovanje si je pridobil leta 2008 v Agusadorju na Portugalskem. Poleg tega je to prva naprava na svetu, ki neposredno uporablja mehansko energijo valovanja. Projekt je pripravilo angleško podjetje Pelamis Wave Power.

Konstrukcija vključuje več odsekov, ki se sprostijo in se dvigajo skupaj s profilom valovanja. Odseki so pritrjeni na hidravlični sistem in ga med premikanjem aktivirajo. Hidravlični mehanizem povzroči vrtenje rotorja generatorja, zaradi česar nastane električna energija. Valovne elektrarne, ki se uporabljajo na Portugalskem, imajo pluse in minuse. Prednost inštalacije je njena visoka moč - približno 2,25 MW, pa tudi možnost vgradnje dodatnih odsekov. Obstaja le ena pomanjkljivost namestitve sistema - težave so pri prenosu električne energije po žicah do potrošnika.

Prva valovna elektrarna v Rusiji

V Rusiji se je prva vetrna elektrarna pojavila leta 2014 na Primorskem. Razvoj je izvedla skupina znanstvenikov z Uralske zvezne univerze in Pacifiškega oceanološkega inštituta Daljnovzhodne podružnice Ruske akademije znanosti. Namestitev je eksperimentalna. Njegova posebnost je, da uporablja energijo ne le valov, ampak tudi plimovanja.

V Moskvi je načrtovana izgradnja raziskovalnega laboratorija, ki bo razvil in ustvaril prvo domačo plavajočo postajo. Morda bodo po tem imele tudi valovne elektrarne v Rusiji industrijski ali komercialni namen.